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Inyección en zona caliente
Para que se queme todo el gasóleo inyectado en el motor diésel las gotas han de ir entrando en contacto con el aire sobrecalentado en compresión.
Al subir el pistón en compresión calienta el aire, pero las zonas periféricas en contacto con las paredes de los cilindros, refrigeradas, alcanzan menos temperatura, por lo que es sumamente importante que el gasóleo inyectado incida en la zona central caliente del aire comprimido.
En el motor de un camión o autobús con gran diámetro del cilindro no es difícil, pero cuando se ha de reducir el tamaño del motor para su implantación en un automóvil surgen problemas.
Inyección directa diésel en motor de gran tamaño
Imagen 13.8
Con diámetro elevado en los cilindros, la zona periférica fría es pequeña con relación a la central caliente.
El gasóleo es inyectado en la parte central a alta presión y las pequeñas gotas encuentran aire caliente que va provocando múltiples combustiones quemándose prácticamente el gasóleo que se inyecta.
Al haber muchas combustiones, que no son de la misma intensidad y no producirse exactamente al mismo tiempo, se generan vibraciones y ruido.
El consumo del motor diésel es menor que el de gasolina, por funcionar con dosados más pobres, más relación de compresión y mejor llenado al no necesitar mariposa de gases.
Sería interesante para profesionales del automóvil y, si se reducen las vibraciones y ruido, también para conductores de coches particulares.
Inyección directa diésel en motor de automóvil
Imagen 13.9
El motor ha de ser más pequeño para su instalación en un automóvil, lo que implica que el diámetro de los cilindros es menor.
La zona periférica menos caliente del aire en el interior de los cilindros en compresión es, en relación a la zona central más caliente, relativamente grande.
Al inyectar el gasóleo las gotas que inciden en el aire caliente se van quemando, pero las que llegan a las zonas periféricas no llegan a entrar en combustión por la menor temperatura del aire.
Esto implica que parte del gasóleo no se queme y alguna cantidad residual quede en el interior del cilindro, que se quemará en el siguiente ciclo de compresión antes de tiempo provocando detonación (empuje intempestivo sobre el pistón) con graves daños en el motor … es el “picado de biela diésel”.
Inyección en precámara de combustión (PC)
Imagen 13.10
Una solución para que el gasóleo incida sobre aire lo suficientemente caliente para quemarse es la precámara de combustión PC.
Consiste en colocar en la parte inferior de la culata, sobre cada cilindro, una cámara esférica no directamente refrigerada, que se comunica por un estrecho conducto con la cámara de combustión en el cilindro sobre el pistón.
Al subir el pistón en compresión calienta el aire, menos en las zonas periféricas próximas a la refrigeración del motor.
En la zona central de la cámara sobre el pistón está el conducto que comunica con la precámara de combustión PC por donde entra el aire comprimido a la precámara PC que está muy caliente de anteriores combustiones.
Sobre el aire muy caliente en el interior de la precámara PC se inyecta el gasóleo, que se quema rápidamente generando una salida a presión por el conducto de comunicación con la cámara sobre el pistón que arrastra el gasóleo que se continúa inyectando.
Este gasóleo se va calentado hasta llegar a contactar con más aire en el cilindro quemándose con facilidad y generando el empuje sobre el pistón.
La combustión es bastante progresiva con menos ruido y vibraciones que con inyección directa, lo que permite funcionar al motor a más RPM aportando más potencia.
Con el motor frío el aire de compresión que entra en la precámara se enfría más, por lo que el sistema de precalentamiento es imprescindible, más que con inyección directa.
La bomba de inyección de la imagen es rotativa; el sistema de presión, avance y control del caudal según la aceleración es común para todas las salidas de inyección.
En la bomba rotativa un mismo sistema de presión va rotando para aportar la presión de inyección cuando coincide con la salida hacia cada inyector.
Al quemarse todo el gasóleo se puede hacer el motor de menor tamaño para su implantación en automóviles, fue en 1936 cuando se montó por primera vez en un coche de serie.
Rendimiento de la precámara
- Las primeras gotas de gasóleo se queman en la precámara PC con el fin de transportar el resto de gasóleo a la cámara sobre el pistón, para que al contactar con el aire y quemarse se produzca el empuje sobre el pistón.
- Parte de la energía de la combustión en la precámara no se aprovecha para empujar el pistón, ejerce presión contra sus paredes, lo que supone una pérdida de rendimiento traducida en más consumo de combustible que con inyección directa, detalle en la imagen 13.10, pero la precámara ha permitido la aplicación del motor diésel en el automóvil.
Inyección directa diésel en el automóvil
El objetivo es que el gasóleo inyectado incida sobre aire a temperatura suficiente para entrar en combustión sin la pérdida de rendimiento que supone la precámara de combustión, y así utilizar el motor diésel de inyección directa en el automóvil.
Con la evolución técnica en resistencia de materiales y precisión en el control de la inyección, se recupera la inyección directa para el motor del automóvil tallando sobre el pistón una cámara de turbulencia toroidal, imagen 13.11.
Está cámara está muy caliente por las sucesivas combustiones, lo que ayuda a calentar el aire durante la compresión.
El aire entra por el conducto de admisión con flujo helicoidal inducido por la geometría de los colectores y la entrada en los cilindros, imagen 13.12.
El flujo helicoidal se potencia por los efectos producidos en la cámara toroidal sobre el pistón que provoca turbulencias rotacionales, haciendo que el aire de la zona central, caliente por la compresión y el contacto con la cámara sobre el pistón, no se aproxime a las paredes más “frías” de los cilindros.
Al final de la compresión se inyecta el gasóleo a elevada presión por varias salidas desde el inyector, las finas gotas han de incidir sobre la zona toroidal central del pistón con aire rotando y muy caliente, imagen 13.13.
Las gotas de gasóleo se queman fácilmente y se producen múltiples combustiones no coordinadas en tiempo ni energía, lo que supone ruido y vibraciones, pero con buena respuesta del motor y menor consumo de gasóleo que con precámara, imagen 13.14.
El motor tiene excelente rendimiento, buenas prestaciones y consumo, adecuado para profesionales del automóvil, pero no resulta atractivo para usos particulares.
Hay que disminuir el ruido y vibraciones.
Los avances tecnológicos para ir reduciendo la compleja y variable contaminación del motor diésel serán la respuesta.
Pero en el camino se pierden prestaciones que se recuperan con creces al incorporar la sobrealimentación del motor por turbocompresor, que ha llegado a ser un complemento más del motor diésel.
Implantación del motor diésel en el automóvil
Se ve en la imagen 13.15 la implantación técnica de un automóvil de gasóleo con motor delantero transversal de cinco cilindros en línea y transmisión integral 4×4, con tracción delantera permanente y auto conexión de las ruedas traseras (capítulo 22).
Depósito de gasóleo DD
- El gasóleo no genera vapores que requieran un acumulador como en el motor de gasolina.
Sistema de arranque en frío SAF
- Bujías de precalentamiento, control de actuación y testigo en el cuadro.
Batería BT
- Acumula electricidad con el motor parado y en algunas condiciones particulares con el motor en marcha.
- Aporta electricidad a las bujías de precalentamiento antes de arrancar el motor.
Filtro de gasóleo FD
- Acumula las impurezas y humedad que contenga el gasóleo antes de llegar al sistema de inyección.
Electroválvula de pare EVP
- Al no tener encendido por bujías el motor diésel no se pararía al cortar el contacto, se logra incorporando una válvula eléctrica accionada al poner el contacto que controla el paso de gasóleo a la bomba de inyección.
Bomba de inyección diésel BID
- Succiona el gasóleo del depósito a través del filtro, aumenta su presión, adapta el caudal según la aceleración y lo distribuye a cada uno de los inyectores en el momento preciso al final de la compresión.
Filtro de aire FA
- Limpia de impurezas el aire antes de entrar en el colector de admisión.
Inyectores de gasóleo ID
- Reciben el gasóleo a presión lo que hace abrir el inyector mecánico durante el tiempo exacto según el caudal a inyectar.
Silenciadores SC
- Están en la línea de escape para reducir ruido y vibraciones antes de salir al exterior.
- Suelen ser varios, dos en la imagen.